本發(fā)明涉及一種用于頂鍛式摩擦塞焊的墊板及其焊接方法，屬于焊接領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

摩擦塞焊技術(shù)是一種新型材料固相連接的焊接技術(shù)，出現(xiàn)在攪拌摩擦焊之后，由英國焊接研究所于二十世紀(jì)末發(fā)明。摩擦塞焊(FPW)最初提出是對(duì)攪拌摩擦焊接接頭的缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，由于摩擦塞焊成形機(jī)理和攪拌摩擦焊接類似，也具有焊接接頭質(zhì)量高、焊接接頭變形小等優(yōu)點(diǎn)。依據(jù)焊接壓力加載的方式不同，摩擦塞補(bǔ)焊分為頂鍛式和拉鍛式兩種。其中頂鍛式摩擦塞補(bǔ)焊時(shí)焊機(jī)和背部支撐墊板位于被焊工件的兩側(cè)。頂鍛式摩擦塞焊，在焊前需要用墊板支撐待焊接工件，而目前對(duì)頂鍛式摩擦塞焊的支撐墊板的研究較少，一般都是在支撐墊板上鉆一個(gè)通孔，其直徑大于待焊接工件塞孔的最小直徑，在實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)：支撐墊板上通孔的大小對(duì)摩擦塞焊過程中塑性變形產(chǎn)熱和材料塑性流動(dòng)行為有很大的關(guān)系，一般選擇通孔直徑比待焊接工件上塞孔最小直徑大10mm左右，但是這樣摩擦塞焊結(jié)束，待焊接工件底部會(huì)出現(xiàn)飛邊，有時(shí)候可能會(huì)出現(xiàn)凹陷的缺陷。因此，普通墊板容易造成焊接區(qū)出現(xiàn)缺陷，導(dǎo)致焊接質(zhì)量差，浪費(fèi)時(shí)間、生產(chǎn)效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于頂鍛式摩擦塞焊的墊板及其焊接方法。采用本發(fā)明所述的墊板及方法可以有效減少待焊接工件底部出現(xiàn)凹陷的缺陷，而且提高焊接區(qū)的連接強(qiáng)度。

實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是：

一種用于頂鍛式摩擦塞焊的墊板，所述支撐墊板中心處設(shè)置一個(gè)凹槽，所述凹槽分為上下兩部分，其上部分的錐度大于下部分的錐度。

所述支撐墊板材料為鋼鐵。

所述頂鍛式摩擦塞焊中焊接塞棒錐度、待焊接工件上塞孔錐度和墊板凹槽下部錐面角度相同，支撐墊板凹槽上部錐面角度大于下部錐面。

本發(fā)明還提供一種用于頂鍛式摩擦塞焊的焊接方法，所述焊接塞棒、待焊接工件和支撐墊板都是通過機(jī)加工的方法加工成形的。具體包括以下步驟：

1.焊接前，待焊接工件和支撐墊板固定在加工平臺(tái)上，焊接塞棒、待焊接工件上塞孔和支撐墊板三者的中心軸在一條直線上；

2.焊接開始，焊接塞棒邊旋轉(zhuǎn)邊向下進(jìn)給，焊接塞棒上的錐頭側(cè)面首先和待焊接工件上塞孔表面接觸，在軸向力和旋轉(zhuǎn)扭矩的作用下，接觸面摩擦產(chǎn)熱，隨著焊接繼續(xù)，產(chǎn)熱量急劇增大，焊接塞棒和待焊接塞孔接觸的區(qū)域材料塑化，塑化的材料在軸向力和旋轉(zhuǎn)扭矩的作用下開始流動(dòng)，支撐墊板凹槽開始堆積塑化的鋁合金材料、待焊接工件向下變形的部分和焊接塞棒的塞頭部分；

3.支撐墊板凹槽上部逐漸被填充完全，焊接塞棒繼續(xù)高速旋轉(zhuǎn)、向下進(jìn)給，等到焊接塞棒和支撐墊板凹槽底部接觸摩擦開始，焊接塞棒迅速停止旋轉(zhuǎn)和向下進(jìn)給，但是要保證足夠的軸向力，對(duì)焊接接頭頂鍛，是為了得到使組織晶粒更細(xì)，提高焊接區(qū)的強(qiáng)度；

4.頂鍛結(jié)束后，焊接塞棒向上進(jìn)給，由于鋁合金比鋼鐵軟，支撐墊板不會(huì)和焊接塞棒焊在一起，很容易就將它們分離開；

5.該支撐墊板用在頂鍛式摩擦塞焊上，很好的避免了待焊接工件底部易出現(xiàn)未焊合的缺陷，同時(shí)提高了焊接區(qū)的連接強(qiáng)度。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：

(1)焊接過程中材料塑化變形、流動(dòng)性增強(qiáng)，不易出現(xiàn)飛邊；

(2)焊接接頭處的組織晶粒更細(xì)，提高了焊接接頭的強(qiáng)度；

(3)焊接鋁板產(chǎn)生的彎曲變形小，焊接接頭不易出現(xiàn)凹陷等缺陷。

附圖說明

圖1為頂鍛式摩擦塞焊焊前的焊接塞棒、待焊接工件、支撐墊板三者各部分細(xì)節(jié)示意圖；

圖2為頂鍛式摩擦塞焊初始階段的示意圖；

圖3為穩(wěn)定焊接階段的示意圖；

圖4為焊接結(jié)束階段的示意圖。

圖中中：11-焊接塞棒；111-焊接塞棒錐頭側(cè)面；112-焊接塞棒錐頭底面；12-待焊接工件；121-待焊接工件錐孔表面；122-待焊接工件底面；123-待焊接工件錐孔側(cè)下部；13-支撐墊板；131-支撐墊板上表面；132-支撐墊板凹槽下部錐面；133-支撐墊板凹槽底面；134-支撐墊板凹槽上部錐面；20-焊接塞棒作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；30-焊接塞棒有向下的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；40-支撐墊板凹槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明的內(nèi)容，但并不限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1：

一種用于頂鍛式摩擦塞焊的墊板，如圖1所示：所述支撐墊板13上設(shè)置一個(gè)凹槽40，所述凹槽分為上下兩部分，其上部分的錐度大于下部分的錐度。所述頂鍛式摩擦塞焊中焊接塞棒錐度、待焊接工件上塞孔錐度和墊板凹槽下部錐面角度相同，支撐墊板凹槽上部錐面角度134大于下部錐面132。所述支撐墊板材料為鋼鐵。所述頂鍛式摩擦塞焊中焊接塞棒錐度、待焊接工件上塞孔錐度和墊板凹槽下部錐度角度相同，支撐墊板凹槽上部錐度大于下部錐度。

一種用于頂鍛式摩擦塞焊的焊接方法，所述焊接塞棒、待焊接工件和支撐墊板都是通過機(jī)加工的方法加工成形的。具體包括以下步驟：

1、頂鍛式摩擦塞焊開始前，待焊接工件12的下表面122和支撐墊板13的上表面131緊密貼合，且保證待焊接工件12的錐孔軸線和支撐墊板13的凹槽軸線在一條直線上，將它們一起固定裝夾在工作平臺(tái)上；保證焊接塞棒11的軸線和待焊接工件12上錐孔的軸線在一條直線上，使焊接塞棒11有高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)20和軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)30，頂鍛式摩擦塞焊進(jìn)入初始階段。

2、隨著焊接塞棒11的下降，如圖2所示，焊接塞棒錐頭側(cè)面111和待焊接工件錐孔表面121接觸，由于焊接塞棒11的高速旋轉(zhuǎn)，加上軸向的壓力，摩擦界面A處產(chǎn)熱量急劇增大，焊接塞棒和待焊接塞孔接觸的區(qū)域材料塑化，塑化的材料在軸向力和旋轉(zhuǎn)扭矩的作用下開始流動(dòng)，支撐墊板凹槽40上部開始有流動(dòng)塑化的材料填充。由于塑性變形產(chǎn)熱和軸向壓力的作用，待焊接工件錐孔側(cè)下部123產(chǎn)生向下的變形，如圖3所示，支撐墊板凹槽40上部基本上被填充，之后待焊接工件錐孔側(cè)下部123和支撐墊板凹槽上部錐面134完全接觸，支撐墊板凹槽40上部被完全填充。由于支撐墊板凹槽上部錐面134對(duì)待焊接工件12起到部分支撐，待焊接工件錐孔側(cè)下部123材料被塑化比之前更充分，使得此處待焊接工件12和焊接塞棒11的連接強(qiáng)度更高。

3、最后焊接塞棒錐頭底面112接觸到支撐墊板凹槽底面133，同時(shí)焊接塞棒錐頭側(cè)面111和支撐墊板凹槽下部錐面132接觸，此時(shí)塑化的鋁合金材料、焊接塞棒、向下變形的待焊接工件鋁板共同填滿支撐墊板凹槽40，如圖4所示。然后停止焊接塞棒旋轉(zhuǎn)和向下的進(jìn)給，并施加向下的頂鍛力，頂鍛幾秒后，至此頂鍛式摩擦塞焊加工完成焊接塞棒和待焊接工件的連接，實(shí)現(xiàn)了對(duì)待焊接工件上孔的修補(bǔ)。